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农作物秸秆光合细菌产氢原料的乙酸预处理技术实验研究

申翔伟  
【摘要】: 木质纤维素是地球上最丰富、最廉价,可通过微生物发酵作用将其转化为能源的可再生糖类资源,降解各类纤维素以获得各种能源已经成为世界各国高度关注的问题。我国是一个农业大国,生物质资源十分丰富,但目前我国生物质资源能量密度低,分布广泛,不易收集利用。因此研究开发秸秆类原料的纤维素转化技术,对开发新能源,保护环境具有非常重要的现实意义。从可持续发展的角度来看,以秸秆类物质作为原料进行产氢,将会是制氢工业一个非常具有潜力的发展方向。 本论文在是国家自然科学基金项目“超微化秸秆类生物质光合连续产氢过程及代谢热研究”(项目编号:50976029)的资助下完成的。主要是依据农作物秸秆自身成分(木质纤维素通过一定的预处理可转化为可再生糖类资源)和光合细菌制氢的特点,利用课题组筛选的光合细菌混合菌群,研究在光合细菌产氢过程中,以秸秆类物质作为产氢原料的最佳预处理条件,并进一步研究了光合生物制氢体系在最佳预处理条件下的系统产氢量以及产氢速率,研究了秸秆的产氢能力,目的在于为以农作物秸秆光合产氢的研究提供参考和依据。结果表明: (1)通过对pH、预处理温度、原料粒度等单因素条件的研究发现,这些因素对乙酸预处理农作物秸秆还原糖得率都有较为明显的影响。由单因素实验得出了乙酸预处理农作物秸秆的最佳预处理条件分别为:原料粒度为超微(300nm以下)、预处理温度为121℃,乙酸浓度为25%、固液比1:20、预处理时间为30min,预处理后料液pH调至为7.0时,还原糖得率最高。 (2)从正交实验设计和单因素实验结果来说,找出了各因素对还原糖得率的影响主次关系依次为:粒度→预处理温度→乙酸浓度→预处理时间→固液比。由方差分析可知,原料粒度、乙酸浓度、预处理温度对乙酸预处理高粱秸秆还原糖得率的影响较为显著,其中原料粒度的影响是最为显著的影响因素。由正交验证实验结果可知,最佳乙酸预处理农作物秸秆的工艺条件为:粒度选择为超微,乙酸浓度为25%,固液比为1:15,预处理温度为121℃,预处理时间为20min。 (3)通过改变底物浓度、温度、光照度、接种量,利用pH值为7.0、接种物选择培养48h,OD值为0.4~0.6处于对数生长期的光合细菌,以经过乙酸预处理的秸秆为产氢基质,通过不同条件下对产氢量和产氢速率的影响了解利用乙酸预处理农作物秸秆的条件下的最优产氢条件,由结果可知:应选择秸秆的底物浓度为60g/L、初始温度为30℃、光照强度为3000Lx、接种量为30%。


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